從2014年剛加入青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院的一個(gè)人和一間二十多平方米實(shí)驗(yàn)室,到現(xiàn)在的青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院磁電化學(xué)課題組、30多人的多學(xué)科交叉研究團(tuán)隊(duì),新能源科學(xué)與工程系主任李強(qiáng)教授近十載深耕在能源與磁學(xué)交叉領(lǐng)域,踐行“讓磁學(xué)在能源領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揚(yáng)光大”的初心。

創(chuàng)業(yè)雖難,擋不住對(duì)科研的“熱愛(ài)”

剛加入青島大學(xué)時(shí),李強(qiáng)老師就打算將磁學(xué)應(yīng)用到能源領(lǐng)域,當(dāng)時(shí)從事這方面的人不多,“我相信磁學(xué)在能源領(lǐng)域內(nèi)會(huì)有著一席之地”,李強(qiáng)老師一頭扎進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域,一干就是近十年。

剛開(kāi)始的實(shí)驗(yàn)條件很艱苦,實(shí)驗(yàn)所需的材料和設(shè)備需要花費(fèi)一定的經(jīng)費(fèi)購(gòu)買(mǎi),對(duì)于大部分初期的科研工作者來(lái)說(shuō),獲得足夠的經(jīng)費(fèi)支持并不容易,如果經(jīng)費(fèi)不足,就可能影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行和科研的質(zhì)量。有的實(shí)驗(yàn)李老師想辦法借用其他老師設(shè)備擠出時(shí)間來(lái)幫忙完成,有些實(shí)驗(yàn)需要借助公共測(cè)試平臺(tái)來(lái)完成,但往往公共測(cè)試平臺(tái)機(jī)時(shí)比較緊張,會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度。李強(qiáng)老師需要想盡辦法,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件,利用有限的經(jīng)費(fèi),爭(zhēng)取高效高質(zhì)量的完成實(shí)驗(yàn)。還有些實(shí)驗(yàn),現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備上不能滿足一些新的物理測(cè)試,需要有一些定制化的測(cè)量方案,因?yàn)榻?jīng)費(fèi)不足,李強(qiáng)老師一方面向?qū)W院努力爭(zhēng)取經(jīng)費(fèi)上的支持,一方面親自帶領(lǐng)同學(xué)們動(dòng)手去改裝測(cè)試裝置,完成測(cè)試的同時(shí)還能節(jié)省很大部分的經(jīng)費(fèi)。

李強(qiáng)和他的學(xué)生最初所在實(shí)驗(yàn)室

李強(qiáng)老師和學(xué)生大概六七個(gè)學(xué)生擠在一個(gè)堆滿實(shí)驗(yàn)設(shè)備的二十幾多平米大小的房間,他說(shuō)喜歡和同學(xué)們呆在一起,有什么想法可以馬上交流,沒(méi)準(zhǔn)就能碰撞出靈感的火花,他總是保持著一顆樂(lè)觀積極的心態(tài)。他一直“熱愛(ài)”科研,同時(shí)也將這份心態(tài)傳遞給每一個(gè)學(xué)生?！癐 like magnetism.”提起李強(qiáng)老師,青島大學(xué)的同學(xué)們首先想到的便是這句他常掛在嘴邊的這句話,“我熱愛(ài)磁學(xué)。當(dāng)你發(fā)自內(nèi)心地去熱愛(ài)它時(shí),你會(huì)收獲到許多”。

當(dāng)他討論科研問(wèn)題時(shí),能從他的眼里看出對(duì)科研的“熱愛(ài)”,正是他的這份熱愛(ài),讓他和課題組將“磁學(xué)”在能源領(lǐng)域內(nèi)脫穎而出。

另辟蹊徑,研發(fā)實(shí)時(shí)原位磁學(xué)測(cè)試技術(shù)

隨著儲(chǔ)能需求的不斷提升,電化學(xué)電池的科學(xué)瓶頸呈現(xiàn)出從宏觀到微納尺度、從單一維度到多維度、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的過(guò)渡趨勢(shì),其電化學(xué)反應(yīng)界面復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)變化性超出了傳統(tǒng)分析技術(shù)的表征范圍和精度上限,也超出了單一學(xué)科的知識(shí)范疇。

李強(qiáng)老師團(tuán)隊(duì)敏銳的發(fā)現(xiàn)基于多學(xué)科交叉,開(kāi)發(fā)各種高靈敏度的新型原位表征技術(shù),聯(lián)合多個(gè)觀察分析視角,對(duì)于闡明儲(chǔ)能機(jī)制、優(yōu)化材料設(shè)計(jì)與制備工藝至關(guān)重要。

說(shuō)干就干,李強(qiáng)老師馬上帶領(lǐng)著學(xué)生們撲到了原位表征技術(shù)開(kāi)發(fā)上來(lái),歷時(shí)近4年時(shí)間,從軟件到硬件、從材料到器件、從理論到實(shí)驗(yàn),多方面攻堅(jiān)克難,終于研發(fā)出了全面精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)原位磁學(xué)測(cè)試技術(shù)。

李強(qiáng)老師和學(xué)生一起探討原位磁學(xué)測(cè)量技術(shù)

該技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平,克服了傳統(tǒng)電池檢測(cè)技術(shù)中測(cè)不全、測(cè)不精、測(cè)不到、測(cè)不真的技術(shù)痛點(diǎn),具有超高靈敏度、多維度、真實(shí)無(wú)損、普適性高等一系列獨(dú)特優(yōu)勢(shì),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電化學(xué)過(guò)程界面電荷轉(zhuǎn)移、物質(zhì)轉(zhuǎn)化等的快速高靈敏監(jiān)測(cè),是研究雜質(zhì)相和局部電子分布的全新“利器”,能夠獲取其他傳統(tǒng)技術(shù)所不能測(cè)得的信息。

這一種新的測(cè)量方法,也成為了磁電化學(xué)領(lǐng)域研究的新“利器”,為理解電化學(xué)能源新機(jī)制提供自旋新視角,對(duì)揭示真實(shí)條件下電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理與電池材料結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變規(guī)律發(fā)揮了重要作用。

“感謝團(tuán)隊(duì)每一位成員的辛苦付出,因?yàn)椤盁釔?ài)”,我們堅(jiān)持了下來(lái)”, 這也詮釋了李強(qiáng)老師說(shuō)的“當(dāng)你發(fā)自內(nèi)心地去熱愛(ài)它時(shí),你會(huì)收獲到許多”。

小試牛刀,揭示鋰電池額外容量“起源”

2020年8月17日,李強(qiáng)老師團(tuán)隊(duì)基于該技術(shù)在世界頂尖期刊 Nature Materials(《自然·材料》)發(fā)表了“Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed by in situ magnetometry(原位磁性測(cè)試揭示鋰離子電池中額外容量起源)”的突破性研究成果,通過(guò)原位磁性監(jiān)測(cè)技術(shù)揭示四氧化三鐵(Fe3O4)的額外容量主要來(lái)源。

該成果解決了困擾儲(chǔ)能領(lǐng)域近二十多年的科學(xué)難題,首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了空間電荷存儲(chǔ)機(jī)制,明確了電子存儲(chǔ)位置,被Science Daily等國(guó)外八十多家權(quán)威媒體高度評(píng)價(jià):“破解科學(xué)疑云:解決了數(shù)十年的鋰離子電池儲(chǔ)能謎團(tuán)”。這是山東高校在該雜志上發(fā)表的第一篇學(xué)術(shù)論文,也入選了2021年中國(guó)百篇最具影響國(guó)際學(xué)術(shù)論文。

“我相信磁學(xué)在能源領(lǐng)域內(nèi)會(huì)有著一席之地,我一直希望能夠?qū)⒋艑W(xué)在能源領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揚(yáng)光大”,作為傳統(tǒng)磁學(xué)出身的李強(qiáng)老師,把磁學(xué)在能源領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展為己任。

隨著這篇工作的影響,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者意識(shí)到原位磁學(xué)測(cè)量在儲(chǔ)能研究方面的重要性,不斷發(fā)出合作邀請(qǐng),尋求從磁學(xué)的角度來(lái)攻破儲(chǔ)能研究上的關(guān)鍵難題。同時(shí),李老師也應(yīng)邀在“雙清論壇”、“蔻享學(xué)術(shù)”、“科研云”等知名科研論壇會(huì)議中,積極推動(dòng)磁學(xué)在能源領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用,助力顛覆性能源轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存材料的發(fā)展。

不忘初心,持續(xù)突破“碩果累累”

隨著在鋰電池儲(chǔ)能機(jī)制上的突破性成果,李強(qiáng)老師榮獲“2020中國(guó)十大新銳科技人物”獎(jiǎng)項(xiàng)。

雖然獲得了一些成就,李強(qiáng)老師帶領(lǐng)課題組不忘初心,繼續(xù)保持著對(duì)科研的“熱愛(ài)”,基于原位磁學(xué)測(cè)試技術(shù)解決了儲(chǔ)能上一個(gè)又一個(gè)難題,先后在Nat. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chemie、Matter、Sci. Bull.、Chinese J. Ctal.、Energy Environ. Sci.、Energy Stor. Mater.、Nano Lett、Chem. Mater.、Chem. Sci. Adv. Sci、Phys. Rev. Appl、Appl. Phys. Lett.上發(fā)表了論文,并在《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》、《物理化學(xué)學(xué)報(bào)》、Renewables、Adv. Energy Mater.等期刊中針對(duì)儲(chǔ)能材料中的磁性表征撰寫(xiě)了綜述文章。

李強(qiáng)老師和學(xué)生合影

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